FR2711034A1 - Appareil de lévitation et de fusion et son procédé de fonctionnement. - Google Patents

Abstract

En plus d'un premier dispositif d'entraînement (4) qui déplace seulement un creuset inférieur (12) et d'un premier dispositif de commande (41) qui commande le premier dispositif d'entraînement, un second dispositif d'entraînement qui modifie la position relative verticale d'un creuset supérieur (11) et d'une bobine d'induction (2) et un second dispositif de commande qui commande le second dispositif d'entraînement sont prévus et ainsi, les positions relatives des creusets supérieur et inférieur et la bobine d'induction peuvent être modifiées librement et établies de façon adéquate pendant la totalité de la période de fonctionnement en relation avec la position d'une zone de fusion (51) dans la partie supérieure d'un matériau qui doit être fondu qui croît en tant que résultat d'un chargement continu de copeaux.

Description

La présente invention concerne un appareil de lévitation et de fusion dans

lequel un matériau conducteur qui doit être fondu est placé dans un champ magnétique alterné afin d'être soumis à un chauffage par induction en provoquant une induction électromagnétique en son sein, et le champ magnétique est distribué d'une façon prédéterminée pour exercer une force ascensionnelle due à une force électromagnétique sur le matériau qui doit être fondu de telle sorte que le matériau qui doit être fondu soit fondu dans un état de lévitation pour ainsi obtenir un matériau haute pureté. La présente invention concerne également un procédé de fonctionnement de l'appareil de

lévitation et de fusion.

Un appareil de lévitation et de fusion est un appareil dans lequel un matériau qui doit être fondu est placé dans un champ magnétique alterné produit selon une distribution prédéterminée et à la fois un chauffage par induction et une force ascensionnelle due à une force électromagnétique sont simultanément exercés sur le matériau de telle sorte que le matériau soit fondu dans un état dans lequel le matériau flotte afin d'être empêché d'entrer en contact avec d'autres éléments tels qu'un creuset et ainsi, un produit d'une qualité donnée et de dimensions données peut être obtenu. L'appareil a des caractéristiques qui sont telles que le matériau n'établit pas un contact avec un autre élément lors d'un processus de fusion et par conséquent, le matériau est difficilement contaminé par des substances étrangères, telles que même un matériau d'un point de fusion élevé peut être fondu et telles que la perte de conduction thermique est faible. Du fait de ces caractéristiques, un tel appareil est utilisé lors d'un processus de fusion d'un matériau qui présente un point de fusion élevé et qui doit nécessairement présenter une pureté élevée, tel que le titane ou le silicium. La figure 8 est une vue en coupe longitudinale en perspective qui représente un appareil de lévitation et de fusion pris dans sa globalité qui est dans un état de fonctionnement et la figure 9 est une vue en coupe longitudinale en perspective qui représente des parties principales de la figure 8 dans un état de10 fonctionnement initial. Ces figures sont présentées dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 08/067 149. Sur les figures, l'appareil de lévitation et de fusion comprend: un creuset 1 constitué par un creuset supérieur 11 et par un creuset inférieur 12; une bobine d'induction 2 enroulée sur la face externe du creuset 1; un dispositif de chargement continu 3 qui charge en continu des copeaux 53 destinés à être utilisés en tant que matériau conducteur devant être fondu 5 au travers d'une ouverture supérieure du creuset 1; un dispositif de commande 31 qui commande le dispositif de chargement continu; un thermomètre de métal fondu 32 permettant d'obtenir une information de contrôle pour le dispositif de commande; un premier dispositif d'entraînement 14 qui déplace verticalement le creuset inférieur 12; un premier dispositif de commande 41 qui commande le premier dispositif d'entraînement; et une jauge de niveau de métal fondu 42 permettant d'obtenir une information de contrôle pour le premier dispositif de commande. Le dispositif d'entraînement 4 et le dispositif de commande 41 sont identifiés à l'aide du terme "premier" du fait qu'un autre dispositif d'entraînement et qu'un autre dispositif de commande sont utilisés dans l'invention, et ces dispositifs doivent pouvoir être distingués les

uns des autres.

La bobine d'induction 2 est constituée par des bobines d'induction 21 et 22 respectivement connectées à des sources d'alimentation alternative 23 et 24 pour activer les bobines respectives. Le dispositif de chargement continu 3 comporte une bobine d'induction 33 qui est activée par une source alternative 34 afin de chauffer préalablement les copeaux 53. La configuration dans laquelle la bobine d'induction 2 est divisée en deux bobines qui sont respectivement activées par les sources d'alimentation alternative différentes 23 et 24 est utilisée dans le cas o les fonctions sont distribuées parmi les deux bobines, à savoir que l'exécution d'un chauffage par induction est essentiellement attribuée à la bobine d'induction supérieure 21 et la génération de la force ascensionnelle est essentiellement attribuée à la bobine d'induction inférieure 22 de telle sorte que les fonctions sont exécutées de manière efficace. Dans ce cas, de façon générale, la bobine d'induction 22 est activée par une fréquence inférieure à celle appliquée à la bobine d'induction 21. Selon l'invention cependant, il n'est pas nécessaire de distinguer les deux bobines d'induction 21 et 22 l'une de l'autre. Par conséquent, ces bobines d'induction sont appelées collectivement bobine d'induction 2 au fil de la

description qui suit.

Comme représenté sur les figures, les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 sont configurés de telle sorte que plusieurs segments 111 et 121 dont chacun présente une forme prédéterminée soient agencés en interposant un matériau isolant tel que du mica entre eux. Le creuset 1 qui est une combinaison des creusets supérieur et inférieur est formé selon une conformation sensiblement cylindrique comportant un fond. Chacun des segments 111 et 121 est constitué par du cuivre et est muni de trous de refroidissement de manière à pouvoir être refroidi par de l'eau de refroidissement. La figure 8 représente un état qui est proche de l'étape finale du processus de fusion et la figure 9 représente un état initial dans lequel une faible quantité de matériau qui doit être fondu 5 flotte sur un métal fondu. En d'autres termes, la figure 8 représente un état dans lequel le matériau qui doit être fondu 5 croît en tant que résultat des processus qui seront décrits en détail afin d'augmenter sa longueur. Puis des processus au cours desquels le matériau qui doit être fondu 5 est réellement fondu et

o un produit prédéterminé est obtenu seront décrits.

1) Comme représenté sur la figure 9, initialement, une faible quantité du matériau qui doit être fondu 5 est chargée et la bobine d'induction 2 est activée. Ceci a pour effet de produire un champ magnétique alternatif dans l'espace entouré par la bobine d'induction 2 et des courants de fuite sont induits par une induction électromagnétique de manière à circuler dans les segments 111 et 121 ainsi que dans le matériau qui doit être fondu 5. Les flux magnétiques sont distribués de manière à suivre la face interne du creuset 1. Puisque les segments 121 du creuset inférieur 12 sont conformés de telle sorte que la partie inférieure de l'espace interne du creuset inférieur 12 soit rendue étroite comme représenté, la distribution du flux magnétique au voisinage du fond o le matériau doit être fondu 5 sort présente une forme qui s'étend vers le haut. Lorsque ces courants de fuite circulent, le matériau qui doit être fondu 5 est chauffé. Par ailleurs, une interaction entre les courants de fuite et la distribution du flux magnétique mentionnés ci-avant génère une force électromagnétique qui agit sur le matériau qui doit être fondu 5 suivant une direction opposée à la gravité ou suivant une

direction vers le haut. La description détaillée de la

génération de la force est omise. Comme représenté sur les figures, la forme du fond du creuset inférieur 12 est établie de manière à obtenir une distribution du flux magnétique qui convient pour la génération de la

force ascensionnelle.

2) La force électromagnétique commence à être exercée sur le matériau qui doit être fondu 5 à l'instant même de l'activation de la bobine d'induction 2 et le matériau qui doit être fondu 5 commence moyennant un court retard temporel à flotter et s'arrête en une position o la force électromagnétique équilibre la gravité. Le matériau qui doit être fondu 5 présente un point de fusion élevé et il a besoin d'une

période considérablement longue pour être fondu.

Lorsque la température du matériau fondu atteint le point de fusion, par conséquent, le matériau qui doit

être fondu est déjà entré dans l'état de lévitation.

Par conséquent, le matériau qui doit être fondu 5 est empêché d'établir un contact avec d'autres éléments et il s'ensuit qu'il est exempt de toute contamination par

des impuretés.

3) Les copeaux 53 du matériau qui doit être fondu 5 sont chargés par le dispositif de chargement continu 3. Les copeaux 53 sont préalablement chauffés par le chauffage par induction électromagnétique dû à la bobine d'induction 33 jusqu'à une température élevée qui est inférieure au point de fusion. Les copeaux chargés 53 établissent alors un contact avec le matériau qui doit être fondu 5 et sont chauffés au moyen de la conduction thermique jusqu'à une température supérieure au point de fusion, ce qui conduit au fait que les copeaux sont fondus pour être littéralement unifiés avec le matériau qui doit être fondu 5 selon un seul corps. Lorsque la charge continue des copeaux 53 se déroule, le matériau qui doit être fondu croît de façon à augmenter ses dimensions. La fréquence de chargement est contrôlée de façon adéquate de telle sorte que le chargement des copeaux 53 soit mis en oeuvre lorsque le thermomètre de métal fondu 32 indique une température supérieure à une valeur donnée et ne soit pas mis en oeuvre lorsque le thermomètre

indique une température inférieure à la valeur donnée.

4) Puisque le degré d'augmentation de la force ascensionnelle du matériau qui doit être fondu 5 est inférieur au degré d'augmentation du poids du matériau qui doit être fondu, la position de lévitation est progressivement abaissée lorsque le matériau qui doit être fondu 5 croît et la partie inférieure du matériau qui doit être fondu 5 établit pour finir un contact avec le fond du creuset inférieur 12. Puisque le creuset inférieur 12 est refroidi comme décrit ci-avant pour être maintenu à une température basse au voisinage de la température ordinaire, la partie en contact avec le creuset inférieur est immédiatement solidifiée. De cette façon, une partie solidifiée 52 est formée tout d'abord puis elle croît lorsque le matériau qui doit être fondu 5 croît. Une zone de fusion 51 existe toujours sur la partie supérieure du matériau qui doit être fondu 5 et les copeaux 53 sont amenés à chuter dans la zone de fusion 51. Puisque la zone de fusion 51 est sur la partie solidifiée 52, la zone de fusion est empêchée d'établir un contact avec le creuset 1. Par conséquent, le matériau qui doit être fondu 5 peut croître jusqu'à un point important moyennant pour condition que le matériau qui doit être fondu est

exempt de toute contamination due à des impuretés.

) Lorsque la croissance du matériau qui doit être fondu 5 se déroule jusqu'à un certain point, le creuset inférieur 12 est commandé pour être déplacé vers le bas de telle sorte que la zone de fusion 51 soit maintenue à une position prédéterminée par rapport

au creuset supérieur 11 et à la bobine d'induction 2.

Selon ce contrôle, la position de la face supérieure du matériau qui doit être fondu 5 est mesurée au moyen de la jauge de niveau de métal fondu 42, le résultat de mesure est appliqué au premier dispositif de commande 41 et le creuset inférieur 12 est déplacé par le premier dispositif d'entraînement 4 sur la base du

résultat de mesure.

6) Lorsque la longueur du matériau qui doit être fondu 5 atteint une valeur donnée, les opérations de déplacement du creuset inférieur 12, de chargement des copeaux 53 et d'activation de la bobine d'induction 2 sont arrêtées. Puisque la totalité du matériau qui doit être fondu 5 qui a crû selon une forme cylindrique comme représenté sur la figure 8 est solidifiée, le matériau solidifié est ensuite ôté en tant que produit souhaité du creuset. Les dimensions, plus particulièrement la longueur, du produit dépendent de la distance de déplacement du creuset inférieur 12. Par conséquent, l'appareil de lévitation et de fusion a pour caractéristique qu'un produit qui est de loin plus

long que la capacité du creuset 1 peut être obtenu.

Sur la figure 8, l'espace séparant la partie solidifiée 52 du matériau qui doit être fondu 5 et la face interne du creuset 1 est représenté comme présentant une dimension importante. Comme il ressort

de la description qui précède cependant, dans les

faits, l'espace séparant la partie solidifiée 52 et la face interne du creuset 1 est sensiblement égal à zéro ou présente une très petite valeur. Sur la figure, la zone de fusion 51 est représentée comme comportant une face irrégulière. Il en est ainsi pour représenter des phénomènes réels tels qu'une déformation provoquée par une vibration de la zone de fusion 51 à l'instant o

les copeaux 53 entrent dans la zone de fusion 51.

Lorsque l'effet du chargement des copeaux 53 n'est pas exercé, la forme réelle de la zone de fusion 51 est maintenue de manière à être une forme symétrique

axialement stable, comme décrit ci-après.

Un courant très important de plusieurs milliers d'ampères circule au travers de la bobine d'induction 2 et la fréquence du courant est très élevée ou aussi élevée que plusieurs kilohertz. Par conséquent, des conducteurs et des fils de connexion de la bobine d'induction doivent présenter une section en coupe importante de telle sorte qu'il est difficile de déplacer verticalement la bobine d'induction 2. Bien qu'ils soient connectés à des conduits prévus pour l'eau de refroidissement, les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 peuvent à l'opposé être déplacés davantage aisément que la bobine d'induction 2. Par ailleurs, dans un appareil réel, par conséquent, cet appareil est configuré de telle sorte que la bobine d'induction 2 est fixée et que le creuset inférieur 2

est mobile.

La position à laquelle le creuset supérieur 11 est amené à établir un contact avec le creuset inférieur 12

sur la figure 9 doit être établie de façon adéquate.

Comme décrit ci-avant, la bobine d'induction 2 doit permettre le passage d'un courant très important au travers d'elle-même et elle doit permettre de réaliser une valeur d'ampères-tours importante afin de produire un champ mangétique d'une intensité donnée. Par conséquent, la dimension de la bobine suivant la direction axiale doit nécessairement être aussi importante que possible. Lorsque la hauteur de la bobine d'induction 2 est constante, les creusets supérieur et inférieur du creuset 1 établissent un contact l'un avec l'autre en une position qui est supérieure à la face inférieure de la bobine d'induction 2, le résultat étant que la partie inférieure de la bobine d'induction 2 se projette vers le bas depuis le creuset supérieur 11. Dans cet état, comme représenté sur la figure 8, le déplacement vers le bas du creuset inférieur 12 fait qu'une partie de la partie solidifiée 52 n'est pas en contact avec la face interne du creuset 1 et on peut observer un phénomène consistant en ce qu'une partie proche du creuset supérieur 11 est à nouveau fondue par des flux magnétiques entrant depuis l'extérieur puis est solidifiée. Ce phénomène produit un problème consistant en ce que la croissance du matériau qui doit être fondu est gênée. En outre, un autre problème consistant en ce que la partie de la bobine d'induction 2 se projetant depuis le creuset supérieur 11 est exposée à une chaleur irradiée du matériau chaud qui doit être fondu et en ce que la température de la partie est augmentée se pose et ainsi, la détérioration du matériau isolant est accélérée, ce qui raccourcit la durée de vie. Afin d'empêcher la survenue de ces problèmes, la bobine d'induction 2 doit être placée de telle sorte que sa face inférieure soit établie de manière à être plus haute que la face inférieure du creuset supérieur 11. Ceci signifie que le plan dans lequel les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 établissent un contact l'un avec l'autre doit être positionné en une position inférieure. Dans l'état dans lequel le matériau qui doit être fondu 5 flotte comme représenté sur la figure 9, le plan selon lequel les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 établissent un contact l'un avec l'autre est situé au voisinage du matériau en lévitation qui doit être fondu 5. Il résulte de cela que des flux magnétiques pénétrant dans le plan selon lequel les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 établissent un contact l'un avec l'autre affectent le matériau qui doit être fondu 5 de telle sorte que la partie du matériau qui doit être fondu 5 au voisinage du plan est poussée par une force électromagnétique, d'o la génération d'un problème consistant en ce que le matériau qui doit être fondu 5 présente une forme instable ou par exemple le matériau qui doit être fondu est déformé selon une forme de guitare. De fait, il est difficile dans certains cas d'établir de façon adéquate une relation de position entre le creuset inférieur 12 et la bobine d'induction 2 pour laquelle tous les problèmes discutés ci-avant

sont empêchés de se produire.

Dans le cas o le matériau qui doit être fondu 5 est du titane ou du zirconium comme décrit ci-avant, lorsqu'ils sont fondus dans l'air, ces matériaux sont contaminés par des impuretés ou un film d'oxyde est formé du fait qu'ils présentent une activité particulièrement élevée, d'o la production d'un

problème consistant en ce que la pureté est abaissée.

Lorsqu'un tel matériau doit être fondu, par conséquent, on utilise un système dans lequel un appareil de lévitation et de fusion est placé dans une cuve sous vide et dans lequel le processus de fusion est mis en oeuvre dans le vide. Comme décrit ci-avant, afin de refroidir de façon intensive le creuset 1 et la bobine d'induction 2, l'appareil de lévitation et de fusion doit être connecté à l'extérieur par l'intermédiaire de conduits pour l'eau de refroidissement, des fils de connexion permettant d'appliquer un courant à la bobine d'induction 2, etc... Ces connexions doivent être mises en oeuvre en passant à l'intérieur de la cuve sous vide, d'o la production d'un problème supplémentaire consistant en ce que la configuration est complexe et en ce que le coût de l'appareil est

élevé.

Un objet de l'invention consiste à proposer un appareil de lévitation et de fusion qui puisse être mis en fonctionnement de façon stable pendant la totalité de la période de fonctionnement et qui permette de fabriquer des produits haute qualité à faible coût, et également un procédé de fonctionnement de l'appareil de

lévitation et de fusion.

Afin de résoudre ces problèmes, selon l'invention, un appareil de lévitation et de fusion comprend: un creuset réalisé en un matériau isolant et comportant une pluralité de segments réalisés en un métal bon conducteur et présentant une forme en coupe prédéterminée, lesquels segments sont agencés de façon compacte au travers dudit matériau isolant, ledit creuset étant divisé dans un plan horizontal prédéterminé en des creusets supérieur et inférieur;5 une bobine d'induction disposée au niveau d'un côté de face externe dudit creuset; une source d'alimentation alternative pour appliquer un courant à ladite bobine d'induction; un dispositif de chargement continu pour charger en continu des copeaux d'un matériau conducteur qui doit être fondu au travers d'une partie supérieure dudit creuset; un premier moyen d'entraînement pour modifier des positions relatives verticales desdits creusets supérieur et inférieur; un premier moyen de commande pour commander ledit premier moyen d'entraînement; un second moyen de commande pour modifier des positions relatives verticales dudit creuset supérieur et de ladite bobine d'induction; et un second moyen de commande pour commander ledit second

moyen d'entraînement.

L'appareil peut en outre comprendre: un dispositif d'entrée de gaz supérieur qui recouvre la partie supérieure dudit creuset supérieur et qui comporte un conduit de gaz au travers duquel un gaz inerte s'écoule à l'intérieur dudit creuset supérieur; un dispositif d'entrée de gaz horizontal qui inclut une partie tubulaire creuse munie d'un trou de sortie de gaz disposé de façon concentrique entre ledit creuset et ladite bobine d'induction sur une face interne; et un conduit de gaz au travers duquel un gaz inerte s'écoule à l'intérieur de ladite partie tubulaire creuse. L'appareil peut en outre comprendre: une jauge de niveau fondu pour mesurer une pluralité de positions verticales au voisinage d'une partie supérieure d'une zone de fusion; un moyen de calcul de courbure qui reçoit un signal émis en sortie depuis ladite jauge de niveau fondu pour calculer une courbure de la partie supérieure de la zone de fusion; et un moyen de commande pour commander ledit second moyen de commande afin de maintenir la position relative de ladite bobine d'induction et dudit creuset supérieur conformément à un signal émis en sortie depuis ledit moyen de calcul de courbure, dans lequel ledit moyen de commande met en oeuvre une commande de manière à faire en sorte que la courbure de la partie supérieure d'une zone de fusion

coïncide avec une valeur prédéterminé.

Ces appareils sont mis en fonctionnement selon la séquence suivante: a) introduction d'une faible quantité du matériau qui doit être fondu dans le creuset et activation de la bobine de conduction dans un état dans15 lequel les creusets supérieur et inférieur sont proches l'un de l'autre et dans lequel la bobine d'induction est disposée au niveau d'un côté de face externe du creuset inférieur; b) chargement en continu de copeaux du matériau conducteur qui doit être fondu au travers de la partie supérieure du creuset; c) déplacement relatif d'une position de la bobine d'induction lorsque le matériau qui doit être fondu croît afin d'augmenter la hauteur en relation avec le chargement des copeaux, afin de maintenir la bobine d'induction positionnée en une position adéquate par rapport à une position d'une zone de fusion d'une partie supérieure du matériau qui doit être fondu; d) lorsque la zone de fusion croît pour atteindre une limite supérieure dans le creuset supérieur, fixation d'une position relative du creuset supérieur et de la bobine d'induction et déplacement vers le bas de seulement le creuset inférieur pour maintenir le creuset supérieur et la bobine d'induction placés en des positions adéquates par rapport à la position de la zone de fusion; e) lorsque le creuset inférieur est déplacé d'une distance prédéterminée, arrêt du déplacement du creuset inférieur et arrêt de l'activation de la bobine d'induction; et f) enlèvement du matériau cylindrique qui doit

être fondu en tant que produit hors du creuset.

Selon la configuration de l'invention, en plus du premier dispositif d'entraînement qui déplace seulement le creuset inférieur et du premier dispositif de commande qui commande le premier dispositif d'entraînement, le second dispositif d'entraînement qui modifie la position relative verticale du creuset supérieur et de la bobine d'induction et le second dispositif de commande qui commande le second dispositif d'entraînement sont disposés de telle sorte que les positions relatives des creusets supérieur et inférieur et de la bobine d'induction puissent être librement modifiées. Par conséquent, les positions relatives de la bobine d'induction et des creusets supérieur et inférieur peuvent être établies de façon adéquate pendant la totalité de la période de fonctionnement depuis l'étape opératoire initiale jusqu'à l'étape opératoire finale, en relation avec la position de la zone de fusion dans la partie supérieure du matériau qui doit être fondu qui croît en tant que

résultat du chargement continu de copeaux.

Selon la configuration dans laquelle la face interne du creuset supérieur est formée selon une forme conique qui s'étend vers le bas selon un angle prédéterminé, la partie d'extrémité inférieure de l'aire de surface de la zone de fusion qui établit un contact avec la face interne du creuset supérieur et qui est ensuite solidifiée présente un diamètre qui est inférieur au diamètre interne d'une partie du creuset supérieur, laquelle position est inférieure à la partie solidifiée. Par conséquent, un espace est formé entre la partie solidifiée et le creuset supérieur de telle sorte que la résistance de frottement générée lorsque la partie solidifiée est abaissée ensemble avec le

creuset inférieur est réduite à un niveau très faible.

Selon la configuration dans laquelle un dispositif de rotation de creuset supérieur qui met en rotation le creuset supérieur est disposé et dans laquelle le creuset supérieur est tourné pendant une période pendant laquelle le matériau qui doit être fondu croît et établit un contact avec la face interne du creuset supérieur, la partie de contact o le creuset supérieur établit un contact avec la partie solidifiée est toujours décalée et il s'ensuit que la résistance de frottement au déplacement vertical apparaît en tant que résistance de frottement cinétique. Par comparaison avec le cas o le creuset supérieur n'est pas mis en rotation et o la résistance de frottement est provoquée par un frottement statique par conséquent, le déplacement vers le bas du matériau qui doit être fondu ensemble avec le creuset inférieur est mis en oeuvre

sans à coup ou en douceur.

Selon la configuration mentionnée ci-avant dans laquelle le creuset supérieur est muni du dispositif de rotation, au moins une partie d'encoche peut être formée sur la face interne d'une partie supérieure du

creuset inférieur. Lorsque la zone de fusion passe au-

delà de la partie d'encoche lors du processus de croissance du matériau qui doit être fondu, la partie solidifiée pénètre dans la partie d'encoche de telle sorte que la résistance à la rotation est augmentée jusqu'à une valeur très importante. Par conséquent, même lorsque des fissurations sont formées entre les segments respectifs du creuset supérieur et que le matériau fondu est inséré dans les fissurations et que la résistance de frottement au couple entre le creuset supérieur et le matériau qui doit être fondu est augmentée, le matériau qui doit être fondu est empêché de tourner par rapport au creuset inférieur ou est

empêché de coulisser dessus.

Selon une variante, un dispositif d'entrée de gaz supérieur qui recouvre la partie supérieure du creuset supérieur et qui comporte un conduit de gaz au travers duquel un gaz inerte s'écoule à l'intérieur du creuset supérieur et un dispositif d'entrée de gaz horizontal comprenant une partie tubulaire creuse qui est disposée entre le creuset et la bobine d'induction de manière à être concentrique à ceux-ci et qui comporte un trou de sortie de gaz sur une face interne; et un conduit de gaz au travers duquel un gaz inerte s'écoule à l'intérieur de la partie tubulaire creuse peuvent être disposés. Lorsqu'un gaz inerte est introduit depuis l'extérieur au travers des dispositifs d'entrée de gaz pendant le processus de fusion, la surface du matériau

qui doit être fondu est recouverte par le gaz inerte.

Selon la configuration dans laquelle une pluralité de positions verticales du voisinage du sommet de la zone de fusion sont mesurées par la jauge de niveau fondu, un signal de sortie obtenu en tant que résultat de la mesure est appliqué sur le moyen de calcul de courbure afin de calculer la courbure du sommet de la zone de fusion et la position relative suivant ladirection verticale entre la bobine d'induction et le creuset supérieur est commandée de telle sorte que le signal de sortie coïncide avec une valeur prédéterminée, la zone de fusion est maintenue de manière à présenter une forme optimum de telle sorte que des conditions d'obtention du rendement maximum

soient maintenues.

Lorsqu'un tel appareil de lévitation et de fusion est mis en fonctionnement selon la séquence suivante, les effets décrits ci-après sont produits: a) Dans un état dans lequel les creusets supérieur et inférieur sont proches l'un de l'autre et o la bobine d'induction est disposée au niveau du côté de face externe du creuset inférieur, une faible quantité du matériau qui doit être fondu est introduite

dans le creuset et la bobine d'induction est activée.

Ceci fait que le matériau qui doit être fondu est soumis à un chauffage par induction et la température du matériau est augmentée. Par ailleurs, une force électromagnétique dirigée vers le haut en relation avec la distribution du flux magnétique dans le creuset opère sur le matériau qui doit être fondu de telle sorte que le matériau flotte en s'opposant à la gravité afin d'être suspendu en une position fixée. Puisque la bobine d'induction est au niveau du côté de face externe du creuset inférieur dans lequel le matériau qui doit être fondu est contenu, le chauffage par induction et l'application de la force ascensionnelle

sont mis en oeuvre efficacement.

b) Des copeaux du matériau qui doit être fondu sont chargés en continu au travers de la partie supérieure du creuset. Les copeaux pénètrent dans le matériau qui doit être fondu dans un état fondu puis sont chauffés afin de fondre pour être unifiés au matériau qui doit être fondu et ainsi, la taille du matériau qui doit être fondu est augmentée. Puisque l'augmentation de la force ascensionnelle est inférieure à celle du poids, la position de lévitation du matériau qui doit être fondu est progressivement abaissée lorsque le matériau croît et le matériau qui doit être fondu établit pour finir un contact avec le fond du creuset pour être localement refroidi et solidifié. La partie solidifiée croit encore lorsque le matériau qui doit être fondu croit et seulement la partie supérieure du matériau qui doit être fondu est

fondue pour former la zone de fusion.

c) La bobine d'induction est déplacée de façon relative lorsque le matériau qui doit être fondu croît davantage afin d'augmenter la hauteur en relation avec le chargement des copeaux de telle sorte que la bobine d'induction est maintenue en une position adéquate par rapport à la position de la zone de fusion de la partie supérieure du matériau qui doit être fondu. Ceci permet au matériau qui doit être fondu de croître de façon stable indépendamment du déplacement de la zone de fusion. d) Lorsque la zone de fusion atteint la limite supérieure dans le creuset supérieur, la position relative du creuset supérieur et de la bobine d'induction est fixée et le creuset inférieur est déplacé vers le bas de manière à maintenir la relation

de position entre ces composants et la zone de fusion.

De la même manière que dans le paragraphe qui précède, ceci permet une croissance stable du matériau qui doit

être fondu.

e) Lorsque le creuset inférieur est déplacé d'une distance prédéterminée, le déplacement du creuset inférieur et l'activation de la bobine d'induction sont arrêtés. Puis le matériau qui doit être fondu n'est pas chauffé et il est soumis seulement au refroidissement et il s'ensuit que la zone de fusion également est

solidifiée pour obtenir un produit cylindrique.

f) Le matériau qui doit être fondu est ôté en tant que produit hors du creuset et le fonctionnement

de l'appareil est arrêté.

Les objets, caractéristiques et avantages mentionnés ci-avant de l'invention ainsi que d'autres apparaîtront de manière davantage complète à la lumière

de la description détaillée qui suit que l'on lira en

relation avec les dessins annexés parmi lesquels: les figures l(a) à l(d) sont des vues en coupe et en perspective schématiques qui représentent quatre états de fonctionnement d'un appareil de lévitation et de fusion qui constitue un premier mode de réalisation de l'invention, la figure l(a) représentant un état de fonctionnement initial, la figure l(b) et la figure l(c) représentant des états en cours de fonctionnement et la figure l(d) représentant un état de fonctionnement final; la figure 2 est une vue en coupe et en perspective qui représente des parties principales d'un appareil de lévitation et de fusion selon un second mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue en coupe et en perspective qui représente un creuset inférieur selon un quatrième mode de réalisation de l'invention; les figures 4(a) à 4(c) sont des vues en coupe schématiques qui représentent un cinquième mode de réalisation de l'invention et qui montrent des relations qui lient une distance h séparant le sommet d'une zone de fusion et la face d'extrémité supérieure d'une bobine d'induction et la forme de la zone de fusion, la figure 4(a) représentant le cas h > 0, la figure 4(b) représentant le cas h = 0 et la figure 4(c) représentant le cas h < 0; la figure 5 est un graphique qui représente de manière schématique les relations qui lient la distance h des figures 4(a) à 4(c) et la température T de la zone de fusion; la figure 6 est une vue en coupe et en perspective schématique d'un appareil de lévitation et de fusion selon un sixième mode de réalisation de l'invention; les figures 7(a) à 7(d) sont des vues en coupe et en perspective schématiques qui représentent quatre états de fonctionnement de l'appareil de lévitation et de fusion de la figure 6, la figure 7(a) représentant un état de fonctionnement initial, la figure 7(b) et la figure 7(c) représentant des états en cours de fonctionnement et la figure 7(d) représentant un état de fonctionnement final; la figure 8 est une vue en coupe longitudinale en perspective qui représente un appareil de lévitation et de fusion pris dans sa globalité, lequel est dans un état de fonctionnement; et la figure 9 est une vue en coupe longitudinale en perspective qui représente des parties principales de la figure 8 dans un état initial. Des modes de réalisation de l'invention sont décrits ci- après par report aux dessins annexés. Les figures l(a) à l(d) sont des vues en coupe et en perspective schématiques qui représentent quatre états de fonctionnement d'un appareil de lévitation et

de fusion selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure l(a) représente un état de fonctionnement initial dans lequel une faible quantité du matériau qui doit être fondu fond tout en flottant sur un métal fondu. La figure l(b) représente un état dans lequel les copeaux 53 sont chargés depuis le sommet au moyen du dispositif de chargement continu 3, le matériau qui doit être fondu 5 croît suffisamment pour établir un contact avec le fond du creuset inférieur 12 et la partie solidifiée commence à être formée. Dans cet état, le matériau qui doit être fondu 5 reste toujours dans le creuset inférieur 12 et la partie solidifiée est si petite qu'elle ne peut pas être représentée sur la figure. Lorsque l'état de fonctionnement est passé de celui de la figure l(a) à celui de la figure l(b), les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 sont proches l'un de l'autre et la position relative de ces creusets est fixe. Par ailleurs, la bobine d'induction 2 est approximativement située à la position représentée. Puisque la position moyenne du matériau qui doit être fondu 5 qui est pratiquement dans un état fondu est déplacée vers le haut cependant, la bobine d'induction 2 peut également être déplacée en relation avec le déplacement de la position moyenne. Afin d'appliquer le chauffage par induction et la force électromagnétique de lévitation au matériau qui doit être fondu 5, il suffit que la bobine d'induction 2 soit disposée seulement au niveau du côté de face externe du creuset inférieur 12. Par conséquent, la hauteur de la bobine d'induction 2 est établie de manière à être approximativement égale à celle du creuset inférieur 12. La figure l(c) représente un état dans lequel le matériau qui doit être fondu 5 croit encore et la zone de fusion 51 est dans le creuset supérieur 11. En tant que résultat du déplacement vers le haut de la zone de fusion 51, la position relative de la bobine d'induction 2 et de la zone de fusion est déplacée. De10 fait, il est difficile de déplacer librement suivant une direction verticale la bobine d'induction 2 et ses fils de connexion au travers desquels un courant très important de plusieurs milliers d'ampères circule et il s'ensuit que les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 on été déplacés ensemble vers le bas. Il est bien entendu que le dispositif de chargement continu 3 qui

n'est pas représenté sur la figure a été déplacé avec.

Sous la zone de fusion 51, la partie solidifiée 52 a

crû jusqu'à une dimension importante.

La figure l(d) représente un état dans lequel la zone de fusion 51 a atteint la limite supérieure et seulement après, le creuset inférieur 12 est déplacé vers le bas en relation avec la croissance du matériau qui doit être fondu 5. Lorsque le creuset inférieur 12 est déplacé vers le bas d'une distance prédéterminée, le processus de fusion est sensiblement terminé. Afin que la bobine d'induction 2 soit empêchée de se projeter depuis la partie d'extrémité inférieure du creuset supérieur 11 même après que le creuset inférieur 12 est séparé du creuset supérieur 11, le creuset supérieur 11 présente une hauteur d'une valeur suffisamment importante. La partie supérieure du creuset supérieur 11 n'est pas pertinente pour le processus de fusion mais elle est utilisée en tant que structure permettant de déplacer ou de mettre en rotation le creuset supérieur 11 comme décrit ultérieurement. Par conséquent, les dimensions du creuset supérieur ne sont pas limitées à celles

représentées sur les figures. Comme il ressort de la description qui précède, le mode de réalisation est largement différent de

l'appareil de lévitation et de fusion des figures 8 et 9 en ce que non seulement le creuset inférieur 12 mais également le creuset supérieur 11 sont mobiles par rapport à la bobine d'induction 2. Les dimensions de la bobine d'induction 2 ou le courant et le nombre de spires de la bobine d'induction 2 dépendent largement du diamètre interne du creuset 1 et présentent une

faible dépendance vis-à-vis de la hauteur du creuset 1.

Par conséquent, le diamètre interne du creuset 1 et les dimensions et valeurs de la bobine d'induction 2 sont décidés tout d'abord et sur la base de ces valeurs décidées, les hauteurs des creusets inférieur et supérieur 12 et 11 sont ensuite décidées. A cet instant, la hauteur du creuset supérieur 11 peut être aisément établie de manière à présenter une valeur importante par comparaison avec celle de la bobine d'induction 2 comme décrit ci-avant de telle sorte que la bobine d'induction 2 soit empêchée de se projeter depuis le creuset supérieur 11 dans un état dans lequel le creuset inférieur 12 est séparé du creuset supérieur 11 comme représenté sur la figure l(d), et la hauteur du creuset inférieur 12 peut être aisément établie de telle sorte que la partie supérieure du creuset inférieur 12 soit placée en une position suffisamment plus haute que la position de lévitation du matériau

qui doit être fondu 5 dans l'état de la figure l(a).

Lors d'un processus de transfert de l'état de la figure l(b) à celui de la figure l(c), la zone de fusion 51 passe au voisinage du plan selon lequel les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 sont proches l'un de l'autre et elle devient par conséquent instable. A cet instant cependant, la zone de fusion 51 n'est pas en lévitation et la partie solidifiée 52 a crû pour devenir mécaniquement stable. Par conséquent, la zone de fusion instable 51 n'exerce pas une

influence notable.

Dans ce qui précède, le mode de réalisation de l'appareil de lévitation et de fusion dans lequel non seulement le creuset inférieur mais également le creuset supérieur sont mobiles par rapport à la bobine d'induction a été décrit. Dans l'appareil du mode de réalisation, le phénomène consistant en ce que la partie de la bobine d'induction 2 se projetant depuis le creuset supérieur est exposée à une chaleur de rayonnement provenant de la zone de fusion et de la partie solidifiée du matériau qui doit être fondu comme dans le cas de l'appareil de lévitation et de fusion

représenté sur la figure 8 est empêché de se produire.

C'est-à-dire qu'avant que la zone de fusion ne croisse pour atteindre une position dans le creuset supérieur correspondant au sommet de la bobine d'induction, les creusets supérieur et inférieur sont déplacés ensemble vers le bas par rapport à la bobine d'induction et après que la zone de fusion atteint la position dans le creuset supérieur correspondant au sommet de la bobine d'induction, les positions du creuset supérieur et de la bobine d'induction sont fixées et seulement le

creuset inférieur est déplacé vers le bas.

Puis un exemple expérimental dans lequel la hauteur du creuset supérieur 11 est établie de manière à être supérieure à celle de la bobine d'induction 2 est décrit spécifiquement. Le creuset supérieur 11 a été établi de manière à présenter un diamètre externe de 100 mm et un diamètre interne de 60 mm et la bobine d'induction 2 a été établie de manière à présenter un diamètre interne d'environ 106 mm et une section conductrice de 10 mm2. Les expérimentation menées sur la lévitation et la fusion sont mises en oeuvre tandis que la dimension de la partie inférieure du creuset supérieur 11, laquelle partie se projette vers le bas depuis la face d'extrémité inférieure de la bobine d'induction 2 moyennant l'état de la figure l(d), a été modifiée dans la plage de 1,5 fois la dimension en

coupe du conducteur de bobine, soit de 15 mm à 35 mm.

Il a été confirmé qu'au moins dans la plage de 15 mm à mm, il n'y a pas de différence au niveau de la période de fusion et également que le matériau isolant de la bobine d'induction 2 est exempt d'une détérioration due à la chaleur de rayonnement provenant

de la zone de fusion et de la partie solidifiée du matériau qui doit être fondu.

La figure 2 est une vue en coupe et en perspective qui représente des parties principales d'un appareil de lévitation et de fusion qui constitue un autre mode de réalisation de l'invention. Sur la figure, un creuset supérieur 11A comporte une face interne de forme conique qui s'étend vers le bas selon un angle prédéterminé. Des segments 11la sont formés de manière

à se conformer à la forme conique. Comme décrit ci-

avant, la partie solidifiée 52 est produite et obtenue par croissance en faisant refroidir partiellement la zone de fusion en faisant en sorte que la zone de fusion entre en contact avec la face interne du creuset inférieur 12 (qui n'est pas représentée sur la figure) lors d'une étape initiale et avec celle du creuset supérieur 11A à partir du milieu du processus. Lorsque le diamètre interne du creuset supérieur 11A est établi de manière à être augmenté lorsqu'on descend vers le bas comme représenté sur la figure, le diamètre de la partie solidifiée 52 à la position o l'extrémité inférieure de la zone de fusion 51 est solidifiée coïncide avec le diamètre du creuset supérieur 11A à cette position. Dans le cas de l'utilisation d'un matériau dans lequel des variations des dimensions des états de fusion et solidifié sont importantes, la coïncidence mentionnée ci-avant n'est pas correcte au sens strict. Ceci fait l'objet d'une discussion ultérieure. Pendant la période de l'état représenté sur la figure 2, la zone de fusion 51 est relativement relevée ou la zone de fusion 51 reste ensuite à une position fixe et le creuset inférieur 12 est déplacé5 vers le bas. Pendant la période pendant laquelle la zone de fusion 51 est relevée dans le creuset supérieur 11A et pendant laquelle la position relative de la partie solidifiée 52 et du creuset supérieur 11A est fixée, la partie solidifiée 52 établit un contact avec la face interne du creuset supérieur 11A. Puisque pendant la période pendant laquelle la zone de fusion 51 reste à une position fixe, le diamètre d'une partie nouvellement produite de la partie solidifiée 52 est égal au diamètre interne du creuset supérieur 11A, il s'ensuit qu'un espace est formé entre le creuset supérieur 11A et une partie de la partie solidifiée qui est tirée vers le bas en relation avec la croissance de la partie solidifiée. Par conséquent, la partie de contact entre le creuset supérieur 11A et la partie solidifiée 52 est constituée seulement par la partie d'extrémité au niveau de laquelle la solidification commence à être mise en oeuvre de telle sorte que pendant le processus de croissance de la partie solidifiée 52, la résistance de frottement entre le creuset supérieur 11A et la partie solidifiée 52 qui est allongée vers le bas est réduite jusqu'à un niveau très faible. Ceci permet d'enlever sans à coup le matériau qui doit être fondu 5 hors du creuset

supérieur 11A.

Comme il ressort de la description qui précède, il

suffit à cette fin que même un faible espace soit formé entre la partie solidifiée 52 qui a été formée et la face interne du creuset supérieur 11A. De façon générale par conséquent, la forme conique de la face interne du creuset supérieur 11A peut présenter un angle faible. Cependant, dans le cas ou un matériau tel que du silicium qui se dilate lorsqu'il est transféré d'un état de fusion à un état solidifié est utilisé en tant que matériau qui doit être fondu, l'angle d'inclinaison doit être établi à une valeur plus importante en considération du coefficient de dilatation. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, un procédé dans lequel un dispositif de rotation permettant de mettre en rotation le creuset supérieur 11 est utilisé et dans lequel le creuset supérieur 11 est mis en rotation afin de réduire la résistance de frottement entre le creuset supérieur 11

et le matériau qui doit être fondu 5 est utilisé.

La partie inférieure du matériau qui doit être fondu 5 établit un contact avec le creuset inférieur 12 et il s'ensuit que le matériau qui doit être fondu 5 ne peut pas être mis en rotation. Lorsque le creuset supérieur 11 est mis en rotation, la résistance de frottement entre le creuset supérieur 11 et le matériau qui doit être fondu 5 apparaît sous la forme d'un frottement cinétique, ce qui conduit à la réduction de la résistance de frottement. Ceci est dû au fait que, comme il est bien connu, un frottement cinétique est

inférieur à un frottement statique.

La figure 3 est une vue en coupe et en perspective d'un creuset inférieur qui constitue un quatrième mode de réalisation de l'invention. Le creuset inférieur 12B est différent du creuset inférieur 12 représenté sur les figures 8 et 9 en ce sens que la face interne de la partie d'extrémité supérieure de chaque segment 121B est partiellement ôtée pour former une partie d'encoche 123. Les parties d'encoche 123 sont formées au niveau de chacune des parties de connexion 122 de telle sorte que des parties d'encoche de segments adjacents 121B se fassent face l'une l'autre. Comme décrit ci-avant, un matériau isolant tel que du mica est inséré dans les parties de connexion 122. Dans chacune des parties de connexion 122, le matériau isolant est également partiellement ôte. Lorsque la zone de fusion 51 est relevée pour passer sur les parties d'encoche et que la partie solidifiée 52 excède du point de vue de la hauteur les parties d'encoche, la partie solidifiée 525 pénètre dans les parties d'encoche 123 de telle sorte que la résistance à la rotation est augmentée jusqu'à une valeur importante. Même lorsque des fissurations sont formées entre les segments respectifs du creuset supérieur 11 et que le matériau fondu est inséré dans les fissurations, le matériau qui doit être fondu 5 est par conséquent empêché de suivre la rotation du creuset supérieur 11 et il s'ensuit que le matériau qui est inséré initialement dans les fissures subit une rupture. Bien que la résistance de frottement puisse être augmentée instantanément dans ce cas, la résistance n'est pas par la suite cumulée de telle

sorte qu'un fonctionnement normal est maintenu.

La figure 3 représente la configuration dans laquelle les parties d'encoche 123 sont formées au niveau de chacune des parties de connexion 122. Le nombre de parties d'encoche 123 peut être réduit et dans un cas extrême, ce nombre peut être limité à l'unité. Les positions des parties d'encoche ne sont pas limitées à celles pour lesquelles des parties d'encoche de segments adjacents 121B se font face l'une l'autre. Selon une configuration dans laquelle des parties d'encoche sont formées au niveau de parties centrales verticalement des segments 12B, il est cependant difficile d'extraire le matériau qui doit être fondu 5 en tant que produit. Par conséquent, les parties d'encoche doivent être formées dans la partie

d'extrémité supérieure.

Les figures 4(a) à 4(c) sont des vues en coupe schématique qui représentent un cinquième mode de réalisation de l'invention et qui montrent des relations entre une distance h séparant le sommet d'une zone de fusion et la face d'extrémité supérieure d'une

bobine d'induction, et la forme de la zone de fusion.

La figure 4(a) représente un cas dans lequel le sommet de la zone de fusion 51 est supérieur à la face d'extrémité supérieure de la bobine d'induction 2 (h > 0 o h est la différence de position entre le sommet de la zone de fusion 51 et la face d'extrémité supérieure de la bobine d'induction 2), la figure 4(b) représente un cas pour lequel le sommet de la zone de fusion 51 coïncide du point de vue de la hauteur avec la face d'extrémité supérieure de la bobine d'induction 2 (h = 0) et la figure 4(c) représente un cas pour lequel le sommet de la zone de fusion 51 est inférieur à la face d'extrémité supérieure de la bobine d'induction 2 (h < 0). Comme il ressort de ces figures, le sommet de la zone de fusion 51 est plat dans le cas de la figure 4(a), arrondi dans le cas de la figure 4(b) et pointu

dans le cas de la figure 4(c).

La raison des phénomènes mentionnés ci-avant peut être décrite grossièrement comme suit: dans le cas de la figure 4(a), puisque la bobine d'induction 2 est placée en une position inférieure, l'intensité du champ magnétique au voisinage de la zone de fusion 51 est si faible que la force de répulsion de la zone de fusion 51 qui s'exerce contre la bobine d'induction 2 est réduite et ainsi, le relèvement est réduit. Dans le cas de la figure 4(c), l'intensité de champ magnétique est si élevée qu'une force de répulsion excessive est exercée et ainsi, le relèvement est rendu trop important, ce qui conduit au fait qu'une forme pointue est formée. La figure 4(b) représente un état dans lequel un relèvement d'un degré intermédiaire ou d'un degré adéquat est obtenu. Il a été confirmé expérimentalement que le rendement maximum du chauffage par induction sur la zone de fusion 51 est obtenu dans

l'état de la figure 4(b).

La figure 5 est un graphique qui représente de façon schématique des relations qui lient la distance h des figures 4(a) à 4(c) et la température de la zone de fusion. Sur la figure, l'axe des abscisses indique la différence de position h qui est représentée sur les figures 4(a) à 4(c) entre le sommet de fusion 51 et la face d'extrémité supérieure de la bobine d'induction 2 et l'axe des ordonnées indique la température T de la zone de fusion 51 qui est mesurée au moyen du

thermomètre de métal fondu de la figure 8.

La relation qui lie la distance h à la température T de la zone de fusion dans l'état de la figure 4(a) est indiquée par un point (a). De façon similaire, la relation dans l'état de la figure 4(b) est indiquée par un point (b) et cette même relation dans l'état de la figure 4(c) est indiquée par un point (c). Une situation consistant en ce que la température T est élevée signifie que la zone de fusion se voit appliquer une énergie plus importante ou que le rendement est excellent. Par conséquent, on peut voir que le rendement maximum est obtenu dans l'état pour lequel h = 0 ou dans l'état de la figure 4(b). Lorsque le contrôleur est mis en oeuvre de façon appropriée afin de maintenir l'état de la figure 4(b), le rendement

maximum peut par conséquent être maintenu.

L'état de la figure 4(b) est caractérisé en ce que h est égal à zéro (h = 0) et la zone de fusion 51 présente une forme arrondie. Des résultats de mesures menées dans diverses conditions ont révélé que le rendement maximum est obtenu non pas dans l'état h = 0 mais dans l'état dans lequel la zone de fusion 51 présente une forme arrondie. En d'autres termes, puisque l'influence de la bobine d'induction 2 sur la zone de fusion 51 est affectée non seulement par la position relative mais également par la fréquence et par la valeur d'ampères-tours, le rendement maximum

n'est pas toujours atteint lorsque h est égal à zéro.

La structure selon laquelle la zone de fusion 51 présente une forme arrondie signifie que la courbure de la partie supérieure est sensiblement égale à la moitié du diamètre interne du creuset supérieur 11. Comme il ressort de la figure 5, même lorsque les conditions sont légèrement décalées par rapport à celles permettant d'obtenir le rendement maximum, le rendement résultant (sur la figure, la température) n'est pas modifié notablement et il s'ensuit qu'il n'est pas nécessaire d'établir de façon stricte la courbure de telle sorte qu'elle soit égale à la valeur permettant

d'obtenir le rendement maximum.

Quel que soit le cas, le rendement maximum peut être obtenu en mettant en oeuvre le contrôle de manière à arrondir la partie supérieure de la zone de fusion 51. Plus spécifiquement, le contrôle est mis en oeuvre de telle sorte que la jauge de niveau de métal fondu 42 de la figure 8 mesure les niveaux de plusieurs points au voisinage de la partie supérieure de la zone de fusion 51, que le moyen de calcul de courbure qui n'est pas représenté calcule la courbure de la partie supérieure sur la base des résultats de mesure et qu'une commande de retour soit effectuée de manière à faire en sorte que la courbure calculée coïncide avec une valeur prédéterminée. Un dispositif de recherche de plage optique qui utilise un laser convient pour la jauge de niveau de métal fondu. Il convient que l'objet de la commande soit la position relative du creuset 1 et de la bobine d'induction 2. Le moyen de calcul de courbure peut être une unité arithmétique analogique ou une unité arithmétique numérique qui utilise un ordinateur. Selon une variante, le moyen de calcul de courbure peut être aisément réalisé en l'incorporant dans le premier ou second dispositif de commande décrit ci-avant. Le contrôle de la position relative de la bobine d'induction 2 et du creuset 1 de la figure 1 est mis en oeuvre au moyen des premier et second dispositifs de commande. Ces dispositifs de commande sont sépares l'un de l'autre seulement au sens fonctionnel et de fait, ils sont configurés en tant qu'un seul dispositif de commande. Afin de contrôler avec davantage de précision la position de la bobine d'induction2, le dispositif de commande peut mettre en oeuvre une commande de retour dans laquelle à la fois la position et la courbure de la partie supérieure de la zone de fusion 51 sont considérées. Un tel dispositif de commande peut être réalisé selon diverses

formes conformément à l'art antérieur.

Selon ce qui précède, le mode de réalisation de l'appareil de lévitation et de fusion dans lequel la position de la zone de fusion est contrôlée afin de maximiser le rendement du chauffage par induction sur la zone de fusion a été décrit. Pour résumer, dans l'appareil du mode de réalisation, il est essentiel de déplacer de façon relative le creuset afin de maintenir la position du sommet de la zone de fusion existant au niveau de l'extrémité supérieure de la bobine d'induction ou afin de faire en sorte que la courbure de la partie supérieure de la zone de fusion soit sensiblement égale à la moitié du diamètre interne du creuset supérieur. Afin de satisfaire cette exigence, la position de la zone de fusion par rapport à la bobine d'induction est contrôlée de la manière décrite ci-avant. La figure 6 est une vue en coupe et en perspective schématique d'un appareil de lévitation et de fusion qui constitue un sixième mode de réalisation de l'invention. L'appareil de lévitation et de fusion représenté sur la figure est différent de celui représenté sur la figure 1 en ce sens que des dispositifs d'entrée de gaz sont disposés. C'est-à-dire qu'un dispositif d'entrée de gaz supérieur 6 est disposé au-dessus du creuset 1 et un dispositif d'entrée de gaz horizontal 60 est disposé entre le creuset 1 et la bobine d'induction 2 de façon concentrique. Le dispositif d'entrée de gaz supérieur 6 comprend un couvercle 62 permettant de recouvrir la partie supérieure du creuset supérieur 11, une partie de cylindre 61 jouant le rôle d'orifice de chargement permettant de charger des copeaux 53 et un conduit de gaz 63 qui est connecté au couvercle 62 et au travers duquel un gaz inerte 7 est introduit depuis l'extérieur à l'intérieur du creuset 1. Le dispositif d'entrée de gaz horizontal 60 comprend une partie de cylindre creux 64 qui est creuse et qui comporte un trou de sortie de gaz 66 qui débouche au niveau de la paroi interne, et un conduit de gaz 65 au travers duquel le gaz inerte 7 est introduit à l'intérieur de la partie creuse 67 de la partie de cylindre 64. Le gaz inerte 7 introduit dans la partie creuse 67 au travers du conduit de gaz s'écoule depuis le trou de sortie de gaz 66 en direction du creuset 1. Comme décrit ultérieurement, le gaz inerte 7 protège de l'air le matériau qui doit être fondu 5 dont la surface est exposée dans la zone o les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 sont séparés

l'un de l'autre.

Le gaz inerte 7 qui s'écoule à l'intérieur du creuset 1 au travers du conduit de gaz 63 fuit depuis des espaces formés entre la partie de cylindre 61 et

les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 et autre.

Par conséquent, le gaz inerte doit être appliqué en continu. Ceci s'applique également au conduit de gaz 65. Puisque le chargement des copeaux 53 au travers de la partie de cylindre 61 est mis en oeuvre d'une façon quelque peu intermittente, la quantité de fuite du gaz inerte peut être réduite en prenant une contre-mesure telle que la fermeture de la partie de cylindre pendant

une période de non chargement.

Les dispositifs d'entrée de gaz 6 et 60 doivent être réalisés en un matériau qui satisfait les conditions consistant en ce qu'il s'agit d'un matériau isolant de telle sorte qu'aucun courant dû à une induction électromagnétique ne circule et qu'il présente une résistance thermique suffisante vis-à-vis5 d'une chaleur de rayonnement provenant de parties exposées de la zone de fusion 51 et de la partie solidifiée 52. Des matériaux qui satisfont ces conditions incluent des matériaux isolants inorganiques

tels qu'un verre de quartz et des céramiques.

Les figures 7(a) à 7(d) sont des vues en coupe et en perspective schématiques qui représentent quatre états de fonctionnement de l'appareil de lévitation et de fusion de la figure 6, lesquelles figures sont quatre sous-figures qui correspondent respectivement au quatre sous-figures l(a) à l(d), et les sous-figures repérées au moyen de la même lettre entre parenthèses

indiquent la même étape du processus de fusion. C'est-

à-dire que la figure 7(a) représente un état de fonctionnement initial dans lequel une faible quantité du matériau qui doit être fondu 5 fond tout en lévitant sur un métal fondu. La figure 7(b) représente un état dans lequel les copeaux 53 sont chargés depuis le sommet au moyen du dispositif de chargement continu 3, le matériau qui doit être fondu 5 croît suffisamment pour établir un contact avec le fond du creuset inférieur 12, la partie solidifiée commence à être formée mais le matériau qui doit être fondu 5 reste encore dans le creuset inférieur 12 et la partie solidifiée est si faible qu'elle ne peut pas être représentée sur la figure. La figure 7(c) représente un état dans lequel le matériau qui doit être fondu 5 croît encore et la zone de fusion 51 est dans le creuset supérieur 11. La figure 7(d) représente un état dans lequel la zone de fusion 51 a atteint la limite supérieure puis seulement le creuset inférieur 12 est déplacé vers le bas en relation avec la croissance du matériau qui doit être fondu 5. Lorsque le creuset inférieur 12 est déplacé vers le bas d'une distance prédéterminée, le processus de fusion est sensiblement terminé. Puisque le gaz inerte 7 appliqué au travers du conduit de gaz 63 du dispositif d'entrée de gaz supérieur 6 pénètre dans le creuset 1 afin de faire évacuer l'air, le matériau qui doit être fondu 5 d'une température élevée est empêché de s'oxyder du fait d'un contact direct avec l'air. Lors de ces étapes par conséquent, le gaz inerte 7 est appliqué essentiellement depuis le dispositif d'entrée de gaz

supérieur 6.

Lors des étapes des figures 7(a) à 7(c), les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 sont proches l'un de l'autre et il s'ensuit que l'alimentation en gaz inerte 7 depuis le dispositif d'entrée de gaz horizontal 60 n'exerce pas un effet important. Lors d'une étape de transfert de l'état de la figure 7(c) à celui de la figure 7(d), les creusets supérieur et inférieur 11 et 12 commencent à être séparés l'un de l'autre en relation avec la croissance du matériau qui doit être fondu 5 de telle sorte que le matériau qui doit être fondu 5 est exposé dans cette zone. Comme il ressort des figures, la partie exposée existe dans la partie solidifiée 52 et sa température est suffisamment élevée bien qu'elle soit abaissée par comparaison avec la température de la zone de fusion 51. L'alimentation du gaz inerte 7 depuis le dispositif d'entrée de gaz horizontal 60 exerce l'effet consistant à empêcher que la surface exposée ne soit en contact avec l'air pour

former un film d'oxyde.

En tant que gaz inerte 7, du gaz argon ou autre convient. Dans le cas o le matériau qui doit être fondu 5 est un matériau qui ne réagit pas avec l'azote, il convient quelquefois mieux d'utiliser du gaz azote

qui est peu coûteux.

En lieu et place du système dans lequel un appareil de lévitation et de fusion est placé dans une cuve sous vide, comme décrit ci-avant, la configuration et le procédé de fonctionnement dans lesquels les5 dispositifs d'entrée de gaz 6 et 60 sont disposés et le matériau qui doit être fondu 5 est recouvert d'un gaz inerte de manière à ne pas entrer en contact direct avec l'air sont utilisés. Ceci permet de construire un appareil de lévitation et de fusion selon une structure10 simplifiée et par conséquent moyennant un coût réduit et ceci permet également de produire un produit de

qualité élevée.

Selon l'invention, comme décrit ci-avant, en plus du premier dispositif d'entraînement qui déplace seulement le creuset inférieur et en plus du premier dispositif de commande qui commande le premier dispositif d'entraînement, le second dispositif d'entraînement qui modifie la position relative verticale du creuset supérieur et de la bobine d'induction et le second dispositif de commande qui commande le second dispositif d'entraînement sont disposés en plus. Ceci permet d'établir de façon adéquate les positions relatives de la bobine d'induction et des creusets supérieur et inférieur en relation avec la position de la zone de fusion dans la partie supérieure du matériau qui doit être fondu, lors de l'étape opératoire initiale, au cours de laquelle le matériau qui doit être fondu 5 fond tout en lévitant, au cours de l'étape opératoire finale au cours de laquelle la partie solidifiée a crû et au cours de laquelle le creuset inférieur est largement séparé du creuset supérieur et pendant la période intermédiaire qui se situe entre les étapes initiale et finale. Par conséquent, les hauteurs des creusets supérieur et inférieur ne sont pas limitées par la hauteur de la bobine d'induction et elles peuvent être établies à une valeur importante. En tant que résultat, le matériau qui doit être fondu qui est dans l'état de lévitation et de fusion n'est pas affecté défavorablement lors de l'étape opératoire initiale par des flux magnétiques qui fuient depuis un espace entre les creusets supérieur et inférieur. En outre, la bobine d'induction ne se projette pas vers le bas depuis le creuset supérieur de telle sorte qu'une partie solidifiée du matériau qui doit être fondu est empêchée d'être fondue à nouveau et la détérioration du matériau isolant de la bobine d'induction n'est pas accélérée par de la chaleur de rayonnement provenant de la zone de fusion et de la partie solidifiée. Par conséquent, l'invention permet d'obtenir un effet consistant en ce qu'un appareil de lévitation et de fusion qui peut être mis en fonctionnement de façon stable et qui présente une

fiabilité élevée est obtenu.

Lorsque la face interne du creuset supérieur est formée selon une forme conique qui s'étend vers le bas selon un angle prédéterminé, la partie d'extrémité inférieure de l'aire de surface de la zone de fusion qui établit un contact avec la face interne du creuset supérieur et qui est alors solidifiée présente un diamètre qui est inférieur au diamètre interne d'une partie du creuset supérieur qui est inférieure à la partie solidifiée. Par conséquent, un espace est formé entre la partie solidifiée et le creuset supérieur de telle sorte que la résistance de frottement générée lorsque la partie solidifiée est abaissée ensemble avec le creuset inférieur est réduite jusqu'à un niveau très faible. Par conséquent, une partie solidifiée cylindrique longue peut être fabriquée en douceur en

déplaçant le creuset inférieur.

Selon la configuration dans laquelle un dispositif de rotation de creuset supérieur qui met en rotation le creuset supérieur est disposé et selon laquelle le creuset supérieur est mis en rotation, puisque la partie solidifiée du matériau qui doit être fondu est fixée au creuset inférieur, la face interne du creuset supérieur et la face externe de la partie solidifiée établissant un contact avec la face interne sont déplacées tout en se frottant l'une contre l'autre, ce qui conduit à ce que la résistance de frottement entre le creuset supérieur et la partie solidifiée apparaît sous la forme d'un frottement cinétique. Puisqu'un frottement cinétique est inférieur du point de vue de la résistance à un frottement statique, le déplacement vers le bas du matériau qui doit être fondu en relation avec la croissance du matériau qui doit être fondu est mis en oeuvre de façon davantage en douceur, d'ou la production d'un effet consistant en ce qu'un

fonctionnement stable peut être mis en oeuvre.

Selon la configuration mentionnée ci-avant dans laquelle le dispositif de rotation prévu pour le creuset supérieur est prévu, au moins une partie d'encoche peut être formée sur la face interne d'une partie supérieure du creuset inférieur. Le matériau qui doit être fondu pénètre dans la partie d'encoche puis est solidifié en son sein de telle sorte que la résistance à la rotation est augmentée jusqu'à une valeur très importante. Même lorsque des fissurations sont formées entre les segments respectifs du creuset supérieur et que le matériau fondu est inséré dans les fissurations et que la résistance de frottement au couple entre le creuset supérieur et le matériau qui doit être fondu est augmentée, le matériau qui doit être fondu est par conséquent empêché de tourner par rapport au creuset inférieur ou de coulisser sur lui de telle sorte que l'état entre le creuset supérieur et le matériau qui doit être fondu est maintenu de façon stable dans l'état de frottement cinétique, d'o la production d'un effet consistant en ce que la stabilité

du fonctionnement est améliorée.

Lorsque des dispositifs d'entrée de gaz tels que décrits ci-avant sont disposés et qu'un gaz inerte est appliqué dans le creuset lors d'un processus de fusion de telle sorte que le matériau qui doit être fondu soit empêché d'établir un contact direct avec l'air, l'appareil peut être configuré plus simplement que le5 système dans lequel un appareil de lévitation et de fusion est placé dans une cuve sous vide, le résultat étant que l'appareil peut être construit moyennant un coût réduit et qu'il permet de produire un produit de

qualité plus élevée.

Selon un mode de réalisation, la courbure du voisinage du sommet de la zone de fusion est obtenue et la position relative de la bobiné d'induction et du creuset est commandée de telle sorte que la valeur coïncide avec une valeur prédéterminée. Le rendement15 maximum est atteint lorsque la courbure du sommet de la zone de fusion est proche du rayon du diamètre interne du creuset. Lorsque cet état est maintenu en mettant en oeuvre le contrôle mentionné ci-avant, un effet consistant en ce que le fonctionnement peut être mis en oeuvre tout en atteignant le rendement maximum pendant la période qui fait suite à la formation de la partie

solidifiée est par conséquent obtenu.

Lorsque le fonctionnement est mis en oeuvre selon la séquence des paragraphes mentionnés ci-avant a) à e), les effets mentionnés ci-avant peuvent être

réalisés de façon davantage sûre.

La description qui précède d'un mode de

réalisation particulier de l'invention a été présentée

dans le but de l'illustration et de la description.

Elle n'est pas destinée à être exhaustive ni à limiter l'invention à la forme précise décrite et des modifications et variantes sont possibles à la lumière des enseignements présentés ci-avant ou peuvent être acquises à la lumière de la mise en oeuvre de l'invention. Le mode de réalisation a été choisi et décrit afin d'expliquer les principes de l'invention ainsi que son application pratique pour permettre à l'homme de l'art d'utiliser l'invention selon divers modes de réalisation et moyennant diverses modifications, tel qu'il convient pour un usage particulier envisagé.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Appareil de lévitation et de fusion caractérisé en ce qu'il comprend: un creuset (11, 12) réalisé en un matériau isolant et comportant une pluralité de segments (111, 121) réalisés en un métal bon conducteur et présentant une forme en coupe prédéterminée, lesquels segments sont agencés de façon compacte au travers dudit matériau isolant, ledit creuset étant divisé dans un plan horizontal prédéterminé en des creusets supérieur (11) et inférieur (12); une bobine d'induction (21, 22) disposée au niveau d'un côté de face externe dudit creuset; une source d'alimentation alternative (23, 24) pour appliquer un courant à ladite bobine d'induction; un dispositif de chargement continu (3) pour charger en continu des copeaux (53) d'un matériau conducteur qui doit être fondu au travers d'une partie supérieure dudit creuset; un premier moyen d'entraînement (4) pour modifier des positions relatives verticales desdits creusets supérieur et inférieur; un premier moyen de commande (41) pour commander ledit premier moyen d'entraînement; un second moyen d'entraînement pour modifier des positions relatives verticales dudit creuset supérieur et de ladite bobine d'induction; et un second moyen de commande pour commander ledit

second moyen d'entraînement.

2. Appareil de lévitation et de fusion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une face interne dudit creuset supérieur (11) est formée selon une forme conique qui s'étend vers le bas selon un angle prédéterminé.

3. Appareil de lévitation et de fusion selon la revendication 1, comprenant en outre un dispositif de mise en rotation de creuset supérieur permettant de mettre en rotation ledit creuset supérieur (11), et ledit creuset supérieur est mis en rotation au moins pendant une période pendant laquelle le matériau qui doit être fondu (5) croît et établit un contact avec

une face interne dudit creuset supérieur.

4. Appareil de lévitation et de fusion selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une partie d'encoche (123) est formé sur une face interne

d'une partie supérieure dudit creuset inférieur (12).

5. Appareil de lévitation et de fusion selon la revendication 1, comprenant en outre un dispositif d'entrée de gaz supérieur (6) qui recouvre la partie supérieure dudit creuset supérieur (11) et qui comporte un conduit de gaz au travers duquel un gaz inerte s'écoule à l'intérieur dudit creuset supérieur; un dispositif d'entrée de gaz horizontal (60) qui inclut une partie tubulaire creuse munie d'un trou de sortie de gaz disposé de façon concentrique entre ledit creuset et ladite bobine d'induction sur une face interne; et un conduit de gaz (66) au travers duquel un gaz inerte s'écoule à l'intérieur de ladite partie

tubulaire creuse.

6. Appareil de lévitation et de fusion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une jauge de niveau fondu (42) pour mesurer une pluralité de positions verticales au voisinage d'une partie supérieure d'une zone de fusion (51); un moyen de calcul de courbure qui reçoit un signal émis en sortie depuis ladite jauge de niveau fondu pour calculer une courbure de la partie supérieure de la zone de fusion; et un moyen de commande pour commander ledit second moyen de commande afin de maintenir la position relative de ladite bobine d'induction et dudit creuset supérieur conformément à un signal émis en sortie depuis ledit moyen de calcul de courbure, dans lequel ledit moyen de commande met en oeuvre une commande de manière à faire en sorte que la courbure de la partie supérieure d'une zone de fusion coincide avec une valeur prédéterminée.

7. Procédé de fonctionnement d'un appareil de lévitation et de fusion qui inclut un creuset réalisé en un matériau isolant et comportant une pluralité de segments réalisés en un métal bon conducteur et présentant une forme en coupe prédéterminée qui sont agencés de façon compacte au travers dudit matériau isolant, ledit creuset étant divisé selon un point horizontal prédéterminé en des creusets supérieur et15 inférieur; une bobine d'induction disposée au niveau d'un côté de face externe dudit creuset; une source d'alimentation alternative pour appliquer un courant à ladite bobine d'induction; un dispositif de chargement continu pour charger en continu des copeaux en un matériau conducteur qui doit être fondu au travers d'une partie supérieure dudit creuset; un premier moyen d'entraînement pour modifier des positions relatives verticales desdits creusets supérieur et inférieur; un premier moyen de commande pour commander ledit premier moyen d'entraînement; un second moyen d'entraînement pour modifier des positions relatives verticales dudit creuset supérieur et de ladite bobine d'induction; et un second moyen de commande pour commander ledit second moyen d'entraînement, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: introduction d'une faible quantité du matériau qui doit être fondu dans ledit creuset et activation de ladite bobine d'induction moyennant un état dans lequel lesdits creusets supérieur et inférieur sont proches l'un de l'autre et dans lequel ladite bobine d'induction est disposée au niveau d'un côte de face externe dudit creuset inférieur; chargement en continu de copeaux du matériau conducteur qui doit être fondu au travers de la partie supérieure dudit creuset; déplacement relatif d'une position de ladite bobine d'induction lorsque le matériau qui doit être fondu croît afin d'augmenter la hauteur en relation avec le chargement des copeaux, afin de maintenir ladite bobine d'induction positionnée en une position adéquate par rapport à une position d'une zone de fusion d'une partie supérieure du matériau qui doit être fondu; lorsque la zone de fusion croît pour atteindre une limite supérieure dans ledit creuset supérieur, fixation d'une position relative dudit creuset supérieur et de ladite bobine d'induction et déplacement vers le bas seulement dudit creuset inférieur afin de maintenir ledit creuset supérieur et ladite bobine d'induction positionnes en des positions adéquates par rapport à la position de la zone de fusion; lorsque ledit creuset inférieur est déplacé d'une distance prédéterminée, arrêt du déplacement dudit creuset inférieur et arrêt de l'activation de ladite bobine d'induction; et enlèvement du matériau cylindrique qui doit être

fondu en tant que produit hors dudit creuset.